После появления железнодорожного транспорта возникла необходимость протягивать пути через реки. Начиная с этого времени во всём мире начали массово сооружаться мосты, предназначенные для этого вида транспорта. Их часто возводят также и при создании транспортных развязок в местах пересечения с автомобильными магистралями. Современный представляет собой сложное инженерное сооружение, позволяющее поездам преодолевать любые препятствия (например, овраги, ущелья, каналы, проливы и даже объекты городской инфраструктуры).
Начало строительства в России
В 1773 году Иван Кулибин создал проект моста с решетчатыми фермами, а через четверть столетия впервые предложил использовать металлические конструкции при сооружении таких объёктов. В дальнейшем, после появления железнодорожного транспорта, эти идеи сыграли очень важную роль в развитии отечественного мостостроения. Уже тогда инженеры осознавали тот факт, что к такому объекту, как необходимо предъявлять повышенные требования, применяя более прочные материалы. Более того, очень важным являлось обеспечение защиты подвижного состава от схода с рельсов.
В конце девятнадцатого века при возведении мостов начали применяться металлические, бетонные и железобетонные конструкции, в то время как их опоры строились из камня. Форма и конструкция таких сооружений в дальнейшем неоднократно менялись в связи с развитием технологий и появлением новых конструктивных решений.
Виды железнодорожных мостов
В настоящее время железнодорожные мосты принято классифицировать по нескольким основным характеристикам. Если длина составляет менее 25 метров, то они считаются малыми, от 25 до 100 метров - средними, от 100 до 500 метров - большими, более 500 метров - внеклассными.
В зависимости от количества путей выделяют однопутные, двухпутные и многопутные мосты. По способу восприятия нагрузки опорами бывают арочные, балочные висячие, рамные, винтовые и комбинированные виды. В зависимости от используемого в конструкции материала (самый распространённый вариант классификации) принято выделять металлические, железобетонные, каменные, деревянные и комбинированные мосты.
Следует отметить, что при возведении всех видов, как правило, применяются комбинации из разнообразных материалов. Железнодорожно-автомобильный мост считается одним из самых практичных вариантов среди такого рода объектов. Его особенность заключается в том, что он позволяет пропускать как так и поезда.
Деревянные мосты
Особо популярной в истории мостостроения эта разновидность была на начальном этапе. Это связано с дешевизной, простотой и скоростью строительства. Однако со временем стало понятно, что деревянный является пожароопасным объектом. Не стоит забывать также и о его недолговечности и сложном уходе. В связи с этим с развитием строительных технологий такие сооружения постепенно были вытеснены их каменными, металлическими и железобетонными «собратьями». В наше время строительство этого вида почти не практикуется.
Каменные мосты
Большинство из существующих сейчас было построено еще в девятнадцатом веке. Их главным преимуществом считается долговечность и прочность. Более того, они являются малочувствительными к ударным нагрузкам и повышению массы поездов. Тем не менее из камня представляет собой очень трудоёмкий процесс. Возводить их можно исключительно с короткими пролётами и на прочном грунте. При наличии хорошей защиты от влаги и надлежащем уходе они могут простоять несколько сотен лет.
Металлические мосты
Эта разновидность является самой распространённой в мире. Такой представляет собой сооружение, в котором из металла выполнены только пролёты. Их обычно изготавливают из углеродистых марок стали или сплавов. Они устанавливаются на бетонные, каменные либо Главное преимущество этого вида заключается в возможности механизации сборки и промышленном производстве элементов конструкции. Помимо этого, пролёты можно устанавливать навесным способом или доставлять по воде. Единственным недостатком такого сооружения является подверженность конструкции действию коррозии.
Железобетонные мосты
Железобетонный железнодорожный мост через реку или другое препятствие представляет собой сооружение, в котором пролёты перекрываются железобетонными конструкциями. Их длина, как правило, находится в пределах от 6 до 16 метров. При этом в пролётах обычно используются ребристые конструкции либо с коробчатым сечением. Опоры строятся из бетона или железобетона.
Существенным преимуществом этой разновидности считается длительный срок эксплуатации, а также сравнительно небольшие затраты на текущее обслуживание. Что касается недостатков, то здесь необходимо отметить разве что вероятность возникновения сколов и трещин из-за большой массы.
Финляндский мост
Через Неву является одной из ярчайших достопримечательностей Санкт-Петербурга. Он представляет собой один из важнейших объектов транспортной инфраструктуры страны и относится к числу лучших в мире. Происхождение наименования связано с тем, что через него соединены железные дороги России и Финляндии. По сути, сооружение представляет собой два отдельных моста, которые примыкают друг к другу. Общая протяжённость составляет 538,2 метра.
Финляндский железнодорожный мост является разводным. Построен он в период с 1910 по 1913 год. Его конструкция представляет собой четыре металлических арочных строения с разводной частью по центру. Мост считается стратегическим объектом, поэтому движение пешеходов по нему запрещено. Над созданием проекта работали такие известные инженеры, как Г. Кривошеин, Н. Белолюбский и И. Александров. Следует отметить, что сооружение играет важную роль в экономике России, ведь с его появлением существенно увеличилось железнодорожное сообщение нашей страны со всеми скандинавскими государствами.
Страница 2 из 2
Мост (рис. 1) состоит из пролетных строений (4), перекрывающих требуемое пространство и являющихся основанием для пути, и опор , поддерживающих пролетные строения в нужном положении. В зависимости от числа пролетов мосты бывают однопролетными, двухпролетными, трехпролетными и так далее, а в зависимости от числа путей на общих опорах - однопутными и двухпутными; на двухпутных мостах пролетные строения часто бывают раздельными. Участки земляного полотна, примыкающие с обеих сторон к мосту, называют подходами . Концевые части подходов оформляют в виде конусов (1).
Рис. 1 - Схема моста
Концевые опоры моста (2) называют устоями . Они одной своей стороной поддерживают конец пролетного строения, а другой - примыкающую к мосту насыпь, выполняя роль подпорной стены. В пределах длины устоев располагаются обычно конусы подходов. Промежуточные опоры - быки (3) - поддерживают концы двух смежных пролетных строений. Пролетные строения опираются на опоры через опорные части , которые передают давление на опору, позволяют пролетному строению несколько поворачиваться, удлиняться или укорачиваться при изгибе под нагрузкой, а также изменять свою длину при изменении температуры.
Под одним концом пролетного строения помещают неподвижные опорные части, которые допускают только поворот пролетного строения. Они состоят из верхнего (4) и нижнего (2) балансиров и цилиндрического шарнира (3) между ними (рис. 2, а). Нижний балансир прикреплен к подферменнику (1) опоры, а верхний - к поясу фермы. Под другим концом пролетного строения помещают подвижные опорные части (рис. 2, б), которые дают возможность пролетным строениям перемещаться вдоль пролета по специальным каткам (5).
Рис. 2 - Опорные части моста: а - неподвижная с шарниром; б - подвижная катковая
Расстояние между центрами опорных частей называется расчетным пролетом (на рис. 1 обозначено L p). Длиной пролетного строения L называют расстояние между его торцами. Полная длина моста - расстояние между крайними гранями его устоев, соприкасающимися с земляным полотном.
По длине мосты подразделяют на :
- малые (полная длина до 25 м);
- средние (от 25 до 100 м);
- большие (от 100 до 500 м);
- внеклассные (более 500 м).
Путь на мосту может быть расположен (рис. 3) на верху пролетного строения (езда поверху), внизу (езда понизу), а иногда и посередине пролетного строения, имеющего форму арки.
Рис. 3 - Мосты: а - с ездой по верху; б - понизу; в - посередине
По роду материала различают деревянные, каменные, металлические и железобетонные мосты. Определяет эту классификацию материал пролетного строения. У металлических мостов, например, опоры могут быть каменные, бетонные и железобетонные.
Деревянные мосты широко применялись в первый период строительства железных дорог, а также во время гражданской и Великой Отечественной войн при временном восстановлении разрушенных сооружений. Простота конструкций и возможность использования местных материалов позволяют сооружать деревянные мосты быстро и дешево. Но они недолговечны, опасны в пожарном отношении, трудоемки в содержании. В настоящее время применение деревянных мостов в виде исключения может быть допущено лишь на малодеятельных ветвях и подъездных путях (путях необщего пользования) III и IV категорий.
Важное преимущество каменных мостов - их долговечность, измеряемая иногда столетиями. Так как камень очень хорошо сопротивляется сжимающим усилиям и плохо работает на растяжение и изгиб, то каменным мостам придавалась сводчатая форма, при которой в конструкции возникают только сжимающие усилия. Из-за большого собственного веса каменные мосты мало чувствительны к увеличению веса поездов и за многие десятилетия существования не исчерпали своей несущей способности. Однако большая трудоемкость строительства и ограниченность допускаемой длины пролетов (не более 60 м) послужили причиной тому, что в настоящее время каменные мосты не строятся.
Металлические мосты составляют около 70% суммарной длины всех мостов на железных дорогах. Они обладают малым весом, высокой прочностью, допускают широкое применение однотипных деталей и элементов. Срок службы металлических мостов 50-60 лет, а при усилении в процессе эксплуатации - 70-80 лет. Металлические мосты особенно экономичны при расчетных пролетах более 33 м.
В последние годы все более широкое распространение получают железобетонные мосты . Железобетон, особенно с предварительным (до бетонирования) напряжением арматуры, обладает хорошим сопротивлением не только сжатию, но и растяжению. Железобетонные мосты являются основным типом малых мостов. Типовые железобетонные пролетные строения имеют расчетные пролеты от 2,55 до 15,8 м. При большой длине нагрузка от собственного веса пролетного строения оказывается значительной, что осложняет строительно-монтажные работы и устройство фундаментов опор.
Для защиты моста и подходов от размыва паводком и повреждения ледоходом в необходимых случаях устраивают регуляционные сооружения (рис. 4), состоящие из водонаправляющих шпоровидных (1) и грушевидных (2) дамб и траверс (3), и укрепления каменной отмосткой или бетонными плитами. Мост, подходы, регуляционные сооружения и укрепления вместе с подмостовым руслом реки называют мостовым переходом .
Рис. 4 - Регуляционные сооружения
Трубы бывают:
- каменные;
- металлические;
- бетонные;
- железобетонные.
Каменные трубы строили из бутовой кладки или прочного кирпича, в ряде случаев с гранитной облицовкой. Многие старые трубы эксплуатируются 100 лет и более. Менее продолжительное время (50-70 лет) служат стальные трубы. В настоящее время сооружают преимущественно сборные железобетонные трубы , как наиболее дешевые, требующие минимальных затрат труда на их содержание.
Трубы проектируют одноочковыми, двухочковыми и в отдельных случаях трехочковыми. Железобетонные трубы бывают круглые и прямоугольные. Первые предпочтительнее при малых расходах воды (до 4 м 3 /с) и малых высотах насыпи (до 3 м).
Прямоугольные трубы применяют в условиях стесненной высоты насыпи, а также при замене временных мостов, когда в небольшой пролет временного моста надо уложить трубу с максимальной водопропускной способностью.
Типовые круглые трубы диаметром от 1 до 2 м имеют водопропускную способность от 1,4 до 8,0 м 3 /с и требуют минимальной высоты насыпи от 1,55 до 2,55 м. Типовые прямоугольные трубы отверстием от 1 до 4 м имеют водопропускную способность от 4,6 до 25,2 м 3 /с и требуют минимальной высоты насыпи от 2,5 до 3,3 м.
Для уменьшения сопротивления потоку воды на входах и выходах труб устраивают оголовки, расширяющиеся в направлении от трубы.
Конструктивные элементы труб показаны на (рис. 5).
Рис. 5 - Конструктивные части трубы: 1 - оголовок; 2 - гидроизоляция; 3 - выходной оголовок; 4 - мощение; 5 - рисберма; 6 - фундамент; 7 - деформационный шов; 8 - звенья трубы
Рекомендуемым типом лотков являются сборные железобетонные лотки замкнутого или П-образного сечения, укладываемые на блочных бетонных фундаментах. Звенья, несущие временную вертикальную нагрузку, имеют замкнутое прямоугольное очертание. Звенья, не несущие временной вертикальной нагрузки (в оголовках, широких междупутьях), устраивают открытыми сверху.
При увеличении пропускной способности линий нередко возникает необходимость усиления искусственных сооружений, устранения их конструктивных дефектов и негабаритности, а также увеличения водопропускных отверстий.
Мосты с конструкцией пути на балласте и водопропускные трубы разрешается располагать на любых сочетаниях профиля и плана линий.
Мосты с конструкцией пути на поперечинах размещаются на прямых участках пути и по возможности на площадках. В конструкциях мостов обеспечивается отвод воды и проветривание.
Чтобы не стеснять водопропускных отверстий, низ пролетных строений, подферменные площадки, внутренние поверхности труб должны возвышаться над расчетным уровнем воды и наивысшим уровнем ледохода от 0,25 до 0,75 м.
С тех пор, как появился первый железнодорожный мост, все изменилось. Какие красивые жд мосты есть в мире? Мы составили список из 15 таких мест. Мы определили самый красивый железнодорожный мост, а также самый высокий железнодорожный мост. В нашем списке вы увидите самые красивые железнодорожные мосты по всему свету, в том числе железнодорожный висячий мост, который поражает воображение. Все железнодорожные мосты, фото которых вы видите – это не сюрреализм.
2. Мост в четыре раза шире реки, через которую он проходит, может по праву считаться лучшим в рейтинге необычные железнодорожные мосты и красивые железнодорожные мосты, которые стоит посмотреть. Этот мост проходит через реку Юрибей на севере России
. И благодаря тому, что мост проходит не только через реку, но и по суше, когда наступает половодье, поезда проходят его без проблем.
3. В Ростове-на-Дону
существует своеобразная разводная переправа из трех частей — Темерницкий мост
.
4. Железная дорога в Швейцарии
поражает и радует глаз одновременно.
5. В Чувашии в деревне Мокры
расположен удивительно красивый железнодорожный виадук. Сам мост уже не действует.
6. Увидеть воочию обязательно захочется мосты, расположенные по всему миру, а не только в России. Знаменитый железнодорожный мост Форт-Бридж
, пересекающий реку Форт в Шотландии
, находится под защитой ЮНЕСКО. Это самый длинный и старый в мире действующий консольный мост. По нему поезда ездят с 1890 года. Круто, правда?
7. Наконец, мы рекомендуем посмотреть на еще одно инженерное чудо. Железнодорожный мост через Енисей
. Строительство начато в 1895 году. 30 августа 1896 года мост заложен. Закрыт в 2007 году. Этот мост рекордсмен по стоимости строительства на то время – все обошлось в 3 млн руб. Эта модель моста удостоена почетных наград – Гран-При и золотой медали в области архитектуры.
8. Знаменитый подвесной железнодорожный мост в Риге
известен тем, что был практически разрушен во время Первой мировой войны. Этот мост стал практически символом Риги, как Эйфелева башня стала символом Парижа.
Посмотрите-ка еще видео на Youtube с впечатляющими мостами мира, возможно вы после него составите список стран, которые обязательно стоит посетить в своей жизни 🙂
Делитесь впечатлениями о статье со своими друзьями, они будут поражены. И отправляйтесь обязательно посмотреть на них воочию! А перед те, как отправиться — прочитайте еще одну нашу статью про , которые вы просто обязаны увидеть своими глазами и прямо сейчас, ведь они просто восхитительны! 🙂
В России на мостах и подходах к ним обычно укладывается тот же тип рельсов, что и на перегонах. В настоящее время на мостах эксплуатируются преимущественно термоупрочненные рельсы типа Р65. Имеющиеся незакаленные рельсы Р65 и даже термоупрочненные рельсы Р50 в плановом порядке заменяются на термоупрочненные Р65. В зависимости от климатических и эксплуатационных условий на мостах и подходах к ним может укладываться бесстыковой путь с рельсовыми плетями, перекрывающими мост и подходы, путь с длинными сварными рельсами (длиной не более длины температурного пролета) и звеньевой путь с рельсами длиной 25 м. /1/
Укладка бесстыкового пути на мостах не менее эффективна, чем на земляном полотне. В результате ликвидации стыков уменьшаются динамические напряжения в элементах пролетных строений, снижается интенсивность расстройства их соединений и мостового полотна, а соответственно уменьшаются затраты на содержание как пути на мостах, так и самих мостов. Поэтому применение бесстыкового пути на мостах – важная задача. При укладке сварных рельсовых плетей бесстыкового пути и длинных рельсов на мостах должны учитываться особенности совместной работы пути и моста. Основной особенностью здесь является подвижность подрельсового основания, вызванная изменением длины пролетного строения при изменении температуры воздуха и проходе подвижного состава. Подвижность пролетного строения при интенсивном торможении может составлять от 20 до 30 % его температурных перемещений. В то же время сварные рельсовые плети, перекрывающие мост, могут оставаться неподвижными. При наличии связей "рельс-пролетное строение" в рельсовых плетях появляются дополнительные продольные усилия, передающиеся при непрерывной рельсовой нити бесстыкового пути не только на пролетные строения, но и на опорные части и на подходы к мосту. Поэтому до укладки бесстыкового пути мосты обследуют и, если необходимо, капитально ремонтируют.
Как на отечественных, так и на зарубежных железных дорогах, на мостах применяют два типа мостового полотна: балластное (с ездой на балласте) и безбалластное. Мостовое полотно с ездой на балласте (рис. 1) применяется с железобетонными пролетными строениями длиной преимущественно до 33 м и сталежелезобетонными - длиной более 33 м.
На мостах с железобетонными пролетными строениями длиной до 3,6 м с ездой на балласте рельсовые плети работают практически независимо от пролетного строения и не испытывают дополнительных воздействий, связанных с его деформациями. Такие мосты почти не имеют строительного подъема, а изменение температуры пролетного строения вследствие большой массы бетона происходит с 4-5-часовым отставанием от изменения температуры окружающего воздуха. Поэтому при изменениях температуры и проходе поезда продольные деформации (изменения длины) такого пролетного строения бывают невелики. Это позволяет устраивать на железобетонных мостах с пролетными строениями до 33 м и ездой на балласте бесстыковой путь такой же конструкции, как и на земляном полотне. Рекомендуется применять плети такой длины, чтобы они полностью перекрывали весь мост. Концы плетей следует располагать не ближе 50-100 м от шкафных стенок устоев моста.
Рисунок 1. Мостовое полотно с ездой на щебеночном балласте и железобетонных шпалах при балластном корыте, предусматривающем пропуск щебнеочистительных машин
На мостах с ездой на балласте, имеющих полную длину более 50 м, а также на путепроводах с ездой на балласте при полной их длине более 25 м для предупреждения большого поперечного смещения от оси моста подвижного состава в случае его схода требуется укладывать контруголки. На мостах с ездой на балласте путь укладывается на специальных мостовых железобетонных шпалах, к которым можно прикреплять контруголки. Контруголки крепятся к шпалам шурупами, вворачиваемыми в деревянные вкладыши. Контруголки сводятся концами, образуя челнок, острия которого должны быть не ближе 10 м от задней стенки устоя (рис. 2). При укладке на мостах железобетонных шпал в пределах "челноков" располагают шпалы с постепенным уменьшением расстояния между осями деревянных вкладышей (рис. 3).
Рисунок 2. Схемы расположения железобетонных и деревянных шпал при примыкании рельсовых плетей к мостам (а) и перекрытии мостов рельсовыми плетями (6): А - рельсовые плети; Б - железобетонные шпалы; В - деревянные шпалы
Рисунок
3. Схема укладки железобетонных шпал в
пределах «челноков» (цифрами обозначены
типы шпал от Ш1 до Ш21)
В качестве балласта на мостах и подходах к ним применяется щебень из твердых пород. На отдельных мостах и подходах к ним эксплуатируется путь на асбестовом балласте. Однако в последние годы в плановом порядке асбестовый балласт заменяется щебеночным. Ширина плеча балластной призмы на мостах и подходах к ним устраивается не менее 35 см. При этом она не зависит от класса линии, т. е. является фактором, обеспечивающим устойчивость бесстыкового пути. Толщина балластного слоя под шпалой устраивается не менее 25 см. На отдельных мостах из-за габаритов толщина балластного слоя может быть ограничена до 15 и даже 10 см. В таких случаях необходимо принимать все меры для уменьшения динамического воздействия подвижного состава на путь. Это достигается путем ликвидации рельсовых стыков в пределах моста и периодической шлифовкой рельсов.
На мостах старой постройки в процессе эксплуатации высота балластной призмы увеличивалась в результате выправки пути в профиле, а также из-за отсутствия достаточно простых технологий по очистке щебня на мостах. Это приводит к значительному увеличению постоянной нагрузки на мост. Для ограничения ее высота балласта под шпалой не должна превышать типовую более чем на 30 см. При большей высоте ширина лотка становится недостаточной для обеспечения необходимого поперечного профиля призмы. Поэтому в новых проектах ширина лотка понизу составляет 4,9 м. В эксплуатируемых мостах старой постройки во избежание осыпания балласта с пролетного строения приходится наращивать борта лотков. На некоторых дорогах укладывают железобетонные уголки, горизонтальная полка которых размещается под балластом. Во всех случаях необходимо, чтобы нижняя постель шпалы была ниже борта, и дополнительная нагрузка от увеличения собственного веса пролетного строения не превосходила допускаемую.
Довольно часто устраивают мостовое полотно с металлическими ортотропными плитами с ребрами жесткости. Плита имеет одинаковую жесткость в продольном и поперечном направлениях и включается в работу верхнего пояса продольной балки, что упрощает и усиливает конструкцию моста и удешевляет его содержание. На плите укладывают обычное верхнее строения пути (щебень, шпалы и т.д.).Такое мостовое полотно сооружено на мосту через р. Маин во Франкфурте-на-Майне (Германия). Речной пролет этого моста - 168 м. Иногда вместо металлической применяют железобетонную плиту, работающую совместно с верхними поясами главных ферм пролетного строения. Плиты в этом случае, как правило, приклеиваются к балкам клеем на эпоксидной основе. Путь укладывается на щебне. Имеются и другие конструкции балластного мостового полотна. На железных дорогах России, кроме железобетонных мостов, мостовое полотно с ездой на балласте применяется преимущественно на сталежелезобетонных мостах, включающих металлические пролетные строения с установленными на них железобетонными балластными корытами. Балластное корыто на таких мостах работает совместно с верхними поясами продольных балок, на которых оно закрепляется. Однако и на этих мостах влияние продольных подвижек пролетных строений на рельсовые плети снижается за счет балласта. Содержание пути на мостах с ездой на балласте наиболее просто и экономично по сравнению с другими конструкциями мостового полотна и мало отличается от эксплуатации пути на земляном полотне. Тем не менее, на большей части металлических мостов применяется безбалластное мостовое полотно.
Безбалластное мостовое полотно может быть на деревянных и металлических поперечинах или на железобетонных плитах.
Мостовое полотно на деревянных поперечинах (мостовых брусьях) устраивается согласно рис. 4. В качестве охранных приспособлений на мостах с деревянными и металлическими поперечинами применяются контруголки сечением 160x160x16 мм. На эксплуатируемых мостах впредь до переустройства или капитального ремонта допускаются контруголки меньшего сечения, но не менее 150x100x14 мм.
Мостовое полотно с металлическими поперечинами эксплуатируется преимущественно на мостах довоенной постройки.
Рисунок 4. Мостовое полотно на мостовых брусьях с костыльным креплением рельсов: слева - охранный уголок прикреплен лапчатым болтом; справа - охранный уголок прикреплен костылями
Примечание. В скобках даны минимально необходимые зазоры между рельсовыми подкладками, охранными уголками и шайбами лапчатых болтов на участках, оборудованных автоблокировкой.
В последние годы резко возросли объемы укладки мостового полотна с железобетонными плитами (рис. 5). Изготовление и укладка безбалластных железобетонных мостовых плит производятся по типовым проектам. Сопряжение железобетонных плит с балками пролетных строений может производиться с помощью прокладного слоя из цементно-песчаного раствора с деревянными прокладками, из антисептированных деревянных досок и резины, а также других конструкций.
В качестве охранных приспособлений на мостах с железобетонными плитами применяются контруголки сечением 160x160x16 мм. Охранные приспособления на мостах с безбалластным мостовым полотном (деревянные, металлические поперечины, железобетонные плиты) устанавливают при длине мостового полотна более 5 м или при расположении мостов в кривых радиусом менее 1000 м.
Как известно, одна из основных особенностей работы пути, в том числе и бесстыкового, на мостах заключается в подвижности подрельсового основания. Рельсовые плети бесстыкового пути, перекрывающие мост, не имеют возможности перемещаться вместе с основанием.
Поэтому при наличии связей «рельсовые плети – пролетное строение», вследствие продольных подвижек последнего как в плетях, так и в продольных балках пролетного строения, появляются дополнительные продольные силы. Ввиду того, что площадь поперечного сечения продольных балок, поясов ферм пролетного строения многократно превышает площадь сечения рельса, то наиболее опасными будут дополнительные продольные силы для рельсовых плетей. Дополнительные силы в рельсовой плети в сумме с поперечными силами от подвижного состава, а также от изменения температуры плети не должны вызывать перенапряжений рельсов в зоне моста и подходов. Это требование выполняется при условии непревышения расчетных напряжений над допустимыми.
При этом условии учитывается, что температура рельсов на мостах в летнее время может быть ниже на 8-10 °С температуры рельсов на подходах к ним, а также что в зимнее время продольные деформации пролетного строения, вызванные проходом поезда, противоположны по направлению температурным и уменьшают воздействие последних на плети.
Рисунок 5. Мостовое полотно на безбалластных железобетонных плитах:
1 – безбалластная ж.б. плита, 2 – контруголок, 3 – путевой рельс со скреплениями, 4 – главные балки, 5 – опорная деревянная прокладка, 6 – высокопрочная шпилька крепления плиты, 7 – цементно-песчаная подливка, 8 – овальное отверстие для шпильки и нагнетания раствора под плиту, 9 – шайбы
Для определения дополнительных сил в рельсовых плетях на мостах и подходах к ним, вызванных подвижками пролетного строения, необходимо знать длины пролетных строений, значения перемещений и распределение сил сопротивлений (г м) по длине мостового полотна. Точность определения дополнительных сил обуславливается выбором функции, характеризующей взаимосвязь сил сопротивлений и перемещений.
На
участках с подвижками пролетного
строения более 3 – 5 мм происходит
фрикционное проскальзывание его
относительно рельсовых плетей, и
сопротивления уже не зависят от величины
перемещений, т. е.
.
В
известных зарубежных работах при
определении дополнительных продольных
сил в рельсовых плетях принимают
.
Это упрощение при перемещениях пролетного
строения, вызванных изменениями
температуры на 15 °С, почти в 2 раза
увеличивает расчетное значение силы
по сравнению с ее фактической величиной.
При увеличении перепада температуры
разность между расчетными и фактическими
значениями дополнительных сил уменьшается.
Например, для пролетного строения длиной
55 м при перепаде температуры на 45 °С
разность между расчетной и фактической
величиной дополнительных продольных
сил не превышает 7-10 %.
При сплошном закреплении плетей скреплениями КД, КБ на мостах с пролетными строениями длиной 45-55 м, их продольные деформации могут вызвать в рельсовых плетях дополнительные осевые напряжения порядка 50-75 МПа, которые в сумме с изгибными и температурными напряжениями могут превышать допускаемые значения по прочности рельсов. Эти дополнительные напряжения способствуют быстрому расстройству мостового полотна, опорных частей пути в зоне подходов, а в отдельных случаях и выбросу пути в зоне подходов. Поэтому закрепление рельсовых плетей в соответствии с требованиями к их закреплению на земляном полотне неприемлемы для безбалластных мостов.
Самый лучший вариант в плане взаимодействия плетей и пролетных строений - применение скреплений, которые не препятствуют перемещению продольных строений относительно плетей. Закрепление рельсовых плетей без защемления подошвы рельсов на отечественных железных дорогах применяется на безбалластных мостах длиной 33 м и менее, а на зарубежных дорогах - на мостах длиной до 25-30 м. При таком закреплении плетей удлинение или укорочение пролетных строений не вызывает дополнительных сжимающих или растягивающих напряжений в плети, а величина зазора при изломе плети не превышает допускаемого значения. Закрепление плетей на мостах длиной до 33 м осуществляется при помощи костыльных или раздельных скреплений (КД, КБ) с неплотно забитыми костылями или клеммами с подрезанными лапками, что обеспечивает зазор между клеммой и верхом подошвы рельса (рис. 6) При длине мостов больше 33 м во избежание раскрытия большого зазора рельсовые плети закрепляются на ограниченном протяжении мостового полотна в зоне неподвижного конца пролетного строения (0,2-0,25 м). На этом участке рельсовые плети крепятся так же, как и на земляном полотне с нормативной затяжкой гаек клемных болтов. На остальном протяжении мостового полотна плети крепятся без защемления клеммами. При таком закреплении почти исключается появление в плетях дополнительных сил, вызванных подвижками пролетного строения Внедрение такой схемы закрепления плетей позволило расширить полигоны применения бесстыкового пути на отечественных железных дорогах на однопролетных мостах длиной до 55 м и многопролетных - до 66 м.
На целом ряде зарубежных железных дорог бесстыковой путь укладывается на мостах большей длины (табл. 4). Увеличение длин мостов, на которых можно укладывать бесстыковой путь, достигается за счет более благоприятных климатических условий, применения новых конструкций прикрепления мостовых брусьев к поясам продольных балок или ферм, исключающих влияние продольных перемещений пролетного строения на напряженное состояние плетей (рис. 7), специальных конструкций рельсовых скреплений. В частности, в Японии применяются скрепления (рис. 8), из которых «А» обеспечивает погонные сопротивления продольному сдвигу 100 Н/см, «В» - 50 Н/см, «С» - не оказывает сопротивления продольному сдвигу. Комбинацией этих скреплений достигаются требуемые погонные сопротивления. Наряду с выполнением требований по прочности, устойчивости пути, величине зазора, образующегося в случае излома плети, на мостах необходимо соблюдать, чтобы горизонтальные силы, передаваемые рельсовыми плетями на мостовое полотно в момент разрыва плети зимой, не превышали значений расчетных тормозных сил, на которые рассчитываются опорные части и опоры мостов. На однопролетных мостах свыше 55 м и многопролетных свыше 60 м закрепление плетей только в зоне неподвижных концов пролетных строений в климатических условиях железных дорог России не обеспечивает требование по зазору. На этих мостах укладывается либо звеньевой путь, либо рельсовые плети длиной не более длины температурного пролета моста (рис. 9). Для компенсации температурных удлинений рельсов, а также удлинений, вызванных проходом поезда, на мосту применяются уравнительные приборы (рис. 10).
Т а б л и ц а 4
На практике уравнительные приборы укладываются на мостах с длинами температурных пролетов 100 м и более. Рельсовые плети в пределах таких мостов укладываются типа Р65 с костыльными, раздельными скреплениями К-65 на мостах с деревянными мостовыми брусьями или КБ-65 на мостах с металлическими мостовыми брусьями и железобетонными плитами.
Рисунок 6. Прикрепление рельсовых плетей к мостовым брусьям креплениями КД с укороченными ножками клемм
Рисунок 7. Узел соединения мостового бруса (1) с продольной балкой (2), допускающий их взаимные перемещения
Рисунок 8. Скрепления, предназначенные для укладки на мостах без балласта
Для предупреждения угона пути в пределах моста сварные рельсовые плети закрепляются в зоне неподвижных концов пролетных строений.
Рисунок 9. Температурные пролеты мостов:
А – с разрезными пролетными строениями в однопролетных мостах или при расположении на промежуточной опоре одной подвижной и одной неподвижной опорных частей смежных пролетных строений; б – то же при расположении на промежуточной опоре двух подвижных опорных частей; в, г – с нарезными пролетными строениями при расположении неподвижной опорной части в середине и на конце пролетного строения; д – с консольными пролетными строениями; е – с арочными пролетными строениями; L i – температурный пролет; У р – место установки уравнительного прибора
Рисунок 10. Уравнительный прибор:
1 – передний стык рамного рельса; 2 – рамные рельсы; 3 – начало отгиба рамного рельса;
4 – остряки; 5 – лафеты; 6 – граница соседних температурных пролетов
На мостах с деревянными мостовыми брусьями и костыльными скреплениями рельсовые плети закрепляются винтовыми или, как исключение, пружинными противоугонами, устанавливаемыми в замок. Винтовые противоугоны устанавливаются у брусьев, прикрепленных к противоугонным уголкам, установленным на верхних поясах продольных балок. Количество винтовых и пружинных противоугонов определяется путем деления продольной силы на усилие, которое воспринимается винтовым (рис. 11) или пружинным противоугонами. На мостах с ездой по балласту, с металлическими поперечинами рельсовые плети у неподвижных концов пролетных строений на протяжении, определяемом расчетами, прикрепляются к основанию скреплениями КБ с нормативной затяжкой гаек клеммных болтов. Протяженность участков закрепления плетей в зоне неподвижного конца пролетного строения пружинными противоугонами или скреплениями КБ с нормативной затяжкой гаек клеммных болтов определяется из условия:
,
где Т
- продольная сила от временной нагрузки
в момент торможения или разгона поезда;
- погонные сопротивления продольному
сдвигу рельсовой плети в пределах
участка закрепления.
На остальном протяжении пролетного строения рельсовые плети крепятся без защемления подошвы рельса.
На безбалластных мостах с металлическими поперечинами железобетонными плитами и с ездой по балласту устанавливаются подрельсовые резиновые или резинокордовые амортизаторы. Для уменьшения коэффициента трения между подошвой рельса и амортизаторами в пределах участков, где плети крепятся без защемления подошвы рельса, устанавливаются металлические П-образные прокладки, изготавливаемые из листовой стали толщиной 0,5 - 2,0 мм (рис 12). В последние десятилетия на многих мостах России с температурными пролетами 100 м и более вместо дорогостоящих уравнительных приборов начали укладывать уравнительные рельсы. Компенсация изменения длины рельсовых плетей на мостах с уравнительными рельсами осуществляется за счет стыковых зазоров, а в необходимых случаях -за счет одного-двух сезонных уравнительных рельсов. Сезонные рельсы - это рельсы для зимних и летних условий. На зимний период это, как правило, рельсы стандартной длины 12,5 м, а на летний период - укороченные, длиной 12,46; 12,45 или 12,44 м. Укладка плетей с уравнительными рельсами выполняется по специально разработанному проекту, который обязательно должен включать схему укладки сварных рельсовых плетей и уравнительных рельсов; расчет зазоров в стыках и определение температурного интервала замены сезонных уравнительных рельсов; схему закрепления рельсовых плетей на мостовом полотне и подходах.
Рисунок 11. Винтовой противоугон
Рисунок 12. П-образная металлическая прокладка
Железнодорожный мост - искусственное сооружение, которое строится для укладки полотна через водные препятствия. На небольших водотоках и суходолах устраивают малые мосты, трубы или лотки. Разновидностями мостов являются путепроводы, виадуки и эстакады. В местах пересечения железных и автомобильных дорог или двух железнодорожных линии строят путепроводы. Для пересечения ущелий, глубоких долин и оврагов строят виадуки, для пересечения с городской территорией - эстакады. Эстакады также строят на подходе к большим мостам.
Конструкция моста
Мост состоит из пролётных строений, являющихся основанием для пути и опор, поддерживающих пролётные строения и передающих давление на грунт. Опоры состоят из фундамента и видимой части (тела). Фундаменты опор сооружаются при неглубоком залегании прочных грунтов на естественном основании, а при слабых грунтах - на сваях. Концевые опоры моста называются устоями, а промежуточные - быками. Устои служат подпорной стенкой, для примыкающего к мосту земляного полотна. Пролётные строения опираются на опоры через опорные части, которые позволяют пролётному строению поворачиваться и продольно перемещаться при изгибе под нагрузкой и при изменении температуры. Под одним концом пролётного строения помещают неподвижные опорные части, допускающие только поворот, под другим концом - подвижные, перемещающиеся на катках. Пролётное строение состоит из балок, ферм, связей между ними и мостового полотна.
Материалы пролётного строения
Деревянные мосты широко применялись в первый период строительства железных дорог, а также во время Великой Отечественной войны для быстрого восстановления разрушенных мостов. Достоинствами этих мостов являются простота конструкции, возможность использования местных материалов, дешевизна и быстрота сооружения. Однако они недолговечны, пожароопасны и сложны в содержании.
В XIX в. широкое распространение для строительства железнодорожных мостов получил камень. Каменные мосты долговечны, надёжны и требуют небольших затрат на содержание. Каменные мосты имеют значительную собственную массу, поэтому малочувствительны к увеличению массы поездов, меньше других мостов реагируют на удары при движении поездов, при езде по ним производится меньше шума. Недостатками каменных мостов является большая трудоёмкость строительства и ограниченная длина пролёта. В конце XIX - начале XX вв. каменные мосты уступили место бетонным, железобетонным и стальным мостам.
Металлические мосты получили широкое распространение благодаря высокой прочности при сравнительно малой массе, возможности применения типовых деталей, высокой механизации сборочных работ. Металлические мосты составляют около 70 % общей протяжённости железнодорожных мостов. Их недостатками являются большой расход металла и необходимость тщательного ухода для предотвращения коррозии.
Железобетонные мосты являются основным типом малых мостов. Они более долговечны, чем металлические и требуют меньших затрат на содержание. Железобетонные конструкции также применяются в средних и больших пролётах железнодорожных мостов, однако их большая масса усложняет строительно-монтажные работы и требует более мощных опор.
В сталежелезобетонных мостах железобетонная плита проезжей части или балластного корыта объединена со стальными главными и поперечными балками или фермами и включена в совместную работу с ними.
Мостовое полотно
На железнодорожных мостах применяются два вида мостового полотна: с ездой на балласте и безбалластное. Полотно с ездой на балласте применяется на железобетонных и сталежелезобетонных мостах. Балластная призма используется однослойная щебёночная или двухслойная из асбестового балласта поверх дренирующего щебёночного слоя. Балласт укладывается в балластное корыто, наименьшая толщина балласта под шпалой составляет 25 см, наибольшая толщина не должна превышать 60 см. Из-за большого собственного веса применение мостового полотна с ездой на балласте ограничено пролётами 33 м для железобетонных мостов и 55 м - для сталежелезобетонных.
Мостовое полотно безбалластного типа применяется преимущественно на металлических мостах. Для устройства мостового полотна используются деревянные, металлические или железобетонные поперечины (мостовые брусья), а также сплошные железобетонные плиты. Мостовые брусья укладываются на продольные (главные) балки на расстоянии 10-15 см друг от друга во избежание провала колёс между ними. Вертикальные прогибы пролётных строений могут достигать 1/800 расчётного пролёта. Для обеспечения плавности движения поездов рельсовому пути придают строительный подъём по дуге круга или параболе за счёт изменения высоты мостовых брусьев. Стрела подъёма должна примерно соответствовать величине прогиба от половины нормативной вертикальной нагрузки.
Охранные приспособления
Охранные приспособления предназначены для обеспечения безопасного прохода поезда в случае схода колёсной пары или тележки на мосту или на подходе к нему. Для этого внутри рельсовой колеи у каждого путевого рельса укладывается сплошная линия контррельсов или контруголков. Контррельсы ограничивают боковые смещения подвижного состава, сошедшего с рельсов, предотвращая его падение и опрокидывание. Контррельсы протягивают до задней грани устоев и далее их концы на протяжении не менее 10 м сводят «челноком», заканчивающимся металлическим башмаком. Челнок воспринимает удар от сошедшей колёсной пары и отклоняют её в жёлоб между рельсами и контррельсами. На мостах с безбалластным полотном из деревянных, металлических или железобетонных брусьев для предотвращения продольного смещения поперечин и провала колеса между ними снаружи путевых рельсов укладываются охранные (противоугонные) уголки или брусья
